隱形矯治牙套材料背後的生物力學奧秘

2021-02-22 翼論正畸在線

        正畸牙移動中最為重要的就是生物力學分析。而對於隱形矯治來說,材料的生物力學性能特點對於牙齒受力至關重要。因此,只有理解了隱形矯治熱塑性壓膜材料的力學性能才能幫助我們更好地選擇矯治器以及合理的設計。

        首先我們必須理解彈性模量這個力學概念:一般地講,對彈性體施加一個外界作用力,彈性體會發生形狀的改變(稱為「形變」),「彈性模量」的一般定義是:單向應力狀態下應力除以該方向的應變。簡單說來就是:應力=彈性模量乘以應變。

       這樣說來有些抽象,舉個具體例子。有兩個廠家提供不同彈性模量的矯治器,每兩幅牙套之間的步距為0.2mm。一個彈性模量為2.5GPa,另一個彈性模量為1.8GPa。那麼請問哪個廠家的矯治器牙齒受力更大呢?

       答案是顯而易見的,2.5GPa彈性模量的受力更大。但是受力是越大越好嗎?當然不是,正畸牙移動有其最適力,過大還是過小都不好。

       那麼第二個問題來了,膜片的厚度對於牙齒的受力有影響嗎?本文的結論二告訴我們,相同的膜片,膜片越厚,受力越大。

      綜合以上分析,豈不是選擇不同彈性模量和膜片厚度的組合就可以獲得不同的牙齒受力呢?拿市面上常見的三種矯治器為例:隱適美、時代天使、正雅。隱適美矯治器膜片比較軟,可以理解為彈性模量較小,因此隱適美選擇的膜片厚度是最大的;正雅矯治器膜片最硬,所以膜片也相對比較薄;時代天使的膜片硬度介於兩者之間,因此厚度選擇也在兩者之間。同時,為調整牙齒受力的大小,時代天使還特意設計了雙膜矯治器。(以上分析根據臨床經驗推斷,沒有獲得廠家具體參數)

       因此,掌握了彈性模量和厚度對於受力的影響有助於我們正確地理解隱形矯治。

       下面我們我們分析下文中的第三點結論:激活程度也會影響壓膜材料所產生的正畸力,激活程度越大產生的力越小。這裡的激活程度(activation)我的理解就是步距。

      這個結論有悖於我們的常理,按理說步距越大受力越大才對啊,因為步距對應的概念相當於應變。文中沒有作出分析和說明,但是文中選擇的激活分別為0.5mm和1mm。而事實上隱適美以及時代天使雙膜的最大步距是0.25mm,所以這可能是導致實驗結果誤差的原因。由於體外試驗測量精度的限制,步距太小可能力值無法測量,所以加大了步距。但是一次步距過大則可能導致牙套就位不貼,所以受力反而減小。

     這個結論在我們的實際工作中也是有價值的。以時代天使為例,雙膜的步距默認值為0.25mm,而單膜的默認值為0.2mm。事實上,雙膜牙套的彈性模量比單膜牙套的彈性模量要小,因此,可以擴大步距到0.25mm。如果單膜用0.25mm的步距,就可能進入到牙齒受力反而變小的窘境。因此,正確理解步距和受力的大小也很重要。

        

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